建立了三視場天文定位定向系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)高精度的天文定位定向。闡述了天文定位定向的概念,介紹了三視場天文定位定向系統(tǒng)的工作原理。提出一種基于最小損失函數(shù)的天文定位定向算法,該算方法能夠同時(shí)解算地理位置和載體的方位角信息。根據(jù)三視場系統(tǒng)與傳統(tǒng)單視場系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),從理論上分析了三視場系統(tǒng)的天文定位定向性能及優(yōu)勢(shì)。最后,就載體平臺(tái)傾角測(cè)量誤差和星敏感器單星測(cè)量誤差對(duì)定位定向的影響進(jìn)行了仿真分析并基于原理樣機(jī)進(jìn)行了外場實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該系統(tǒng)的定位精度為151.624 0m,定向精度為4.630 4″,且定位定向結(jié)果穩(wěn)定。得到的結(jié)果基本滿足高精度天文定位定向的要求。 

【文章來源】：光學(xué)精密工程. 2015,23(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

圖１天文定位定向系統(tǒng)的相關(guān)坐標(biāo)系Ｆｉｇ．１Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｓｏｆｃｅｌｅｓｔｉａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｎｄ

夾角α，β。使用載體平臺(tái)的傾角信息建立水平輔助坐標(biāo)系（Ａｓｔ），與東北天地平坐標(biāo)系和載體坐標(biāo)系建立聯(lián)系，輔助定位定向的求解。ＸＡｓｔ軸為ＸＢ在東北天地平坐標(biāo)系（ＥＮＵ）的水平面ＥＯＮ中的投影，ＺＡｓｔ軸與ＥＮＵ坐標(biāo)系中指向天頂?shù)模蛰S重合，ＹＡｓｔ軸在ＥＯＮ平面內(nèi)由右手定則確定，則ＸＡｓｔ軸與Ｎ軸的順時(shí)針夾角即為待求的載體方位角。２．３三視場天文定位定向的工作原理三視場天文導(dǎo)航設(shè)備由３個(gè)小視場星敏感器構(gòu)成（見圖２），３個(gè)光學(xué)視場的光軸在載體坐標(biāo)系中的水平投影均勻分布，即水平投影夾角為１２０°；并且３個(gè)光學(xué)視場的光軸在載體坐標(biāo)系中具有相同的高度角。圖２三視場天文導(dǎo)航設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖Ｆｉｇ．２ＢｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｒｅｅＦＯＶｃｅｌｅｓｔｉａｌｎａｖｉｇａｔｉｏｎ三視場天文定位定向系統(tǒng)的工作原理如圖３所示。天體目標(biāo)由３個(gè)光學(xué)視場捕獲，并成像在探測(cè)器上，獲取探測(cè)器中的圖像，通過星圖預(yù)處理及質(zhì)心計(jì)算獲取各視場中天體的質(zhì)心位置。根據(jù)天體的質(zhì)心位置、各視場光學(xué)系統(tǒng)的焦距、ＣＣＤ的像素尺寸、分辨率、主點(diǎn)、畸變參數(shù)、光軸在載體中的矢量位置，以及ＣＣＤ的安裝旋轉(zhuǎn)角等，計(jì)算出各視場中天體目標(biāo)在載體坐標(biāo)系中的位置矢量，從而在載體坐標(biāo)系中算出各個(gè)星點(diǎn)目標(biāo)之間的星角距。星角距結(jié)合星圖識(shí)別數(shù)據(jù)庫進(jìn)行星圖識(shí)別，獲得導(dǎo)航星與觀測(cè)星的匹配組。根據(jù)導(dǎo)航星信息、觀測(cè)星信息、時(shí)間信息和載體的水平信息，采用定位定向算法進(jìn)行定位定向，并輸出結(jié)果。圖３三視場天文定位定向的原理框圖Ｆｉｇ．３Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆ

內(nèi)由右手定則確定，則ＸＡｓｔ軸與Ｎ軸的順時(shí)針夾角即為待求的載體方位角。２．３三視場天文定位定向的工作原理三視場天文導(dǎo)航設(shè)備由３個(gè)小視場星敏感器構(gòu)成（見圖２），３個(gè)光學(xué)視場的光軸在載體坐標(biāo)系中的水平投影均勻分布，即水平投影夾角為１２０°；并且３個(gè)光學(xué)視場的光軸在載體坐標(biāo)系中具有相同的高度角。圖２三視場天文導(dǎo)航設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖Ｆｉｇ．２ＢｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｒｅｅＦＯＶｃｅｌｅｓｔｉａｌｎａｖｉｇａｔｉｏｎ三視場天文定位定向系統(tǒng)的工作原理如圖３所示。天體目標(biāo)由３個(gè)光學(xué)視場捕獲，并成像在探測(cè)器上，獲取探測(cè)器中的圖像，通過星圖預(yù)處理及質(zhì)心計(jì)算獲取各視場中天體的質(zhì)心位置。根據(jù)天體的質(zhì)心位置、各視場光學(xué)系統(tǒng)的焦距、ＣＣＤ的像素尺寸、分辨率、主點(diǎn)、畸變參數(shù)、光軸在載體中的矢量位置，以及ＣＣＤ的安裝旋轉(zhuǎn)角等，計(jì)算出各視場中天體目標(biāo)在載體坐標(biāo)系中的位置矢量，從而在載體坐標(biāo)系中算出各個(gè)星點(diǎn)目標(biāo)之間的星角距。星角距結(jié)合星圖識(shí)別數(shù)據(jù)庫進(jìn)行星圖識(shí)別，獲得導(dǎo)航星與觀測(cè)星的匹配組。根據(jù)導(dǎo)航星信息、觀測(cè)星信息、時(shí)間信息和載體的水平信息，采用定位定向算法進(jìn)行定位定向，并輸出結(jié)果。圖３三視場天文定位定向的原理框圖Ｆｉｇ．３ＦｕｎｃｔｉｏｎａｌｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｎｄｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｒｅｅＦＯＶｓ３基于最小損失函數(shù)的天文定位定向方法在天文定位定向計(jì)算之前，已經(jīng)獲取導(dǎo)航星與觀測(cè)星的匹配組。利用時(shí)間信息可以精確地計(jì)算出導(dǎo)航星在國際地球參考系（ＩＴＲＳ）中的矢量ＶＩＴＲＳ。根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)及各視場的安裝參

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3210941